Mikä on hinta

Perus{0}}alennus keskilämpötilassa-lämpöä aiheuttavassa palvelussa

Natriumhydroksidivarastosäiliöt 30 %:n pitoisuudella ja 50 asteella edustavat yleistä, mutta usein väärinymmärrettyä sovellusta ruostumattomasta teräksestä valmistettujen 316 uppolämmittimien kohdalla. Tässä lämpötilassa ja pitoisuudessa ruostumattomalla teräksellä 316 on erinomainen yleinen korroosionkestävyys. Tasainen korroosionopeus on huomattavan alhainen, tyypillisesti 0,01-0,03 mm vuodessa, koska keskittynyt emäksinen ympäristö edistää vakaan, suojaavan passiivisen kalvon muodostumista. 1,0 mm:n seinä kestäisi teoriassa 33-100 vuotta yksinään yhtenäisellä hyökkäyksellä. Todelliset uhat eivät ole yleinen korroosio, vaan kaksi paikallista ilmiötä: emäksinen jännityskorroosiohalkeilu nestehöyryn rajapinnassa ja täytön aikana tai epäpuhtaiden emäksisten syötteiden aiheuttaman kloridikontaminaation aiheuttama kuoppa. Kustannus-optimoitu vaipan paksuus viiden-vuotisen suunnittelun käyttöiän ajaksi ei siis määräydy korroosion sietokyvyn perusteella tavanomaisessa mielessä, vaan vähimmäispaksuuden perusteella, joka tarvitaan selviytymään paikallisista häiriöistä, takaamaan mekaanisen kestävyyden asennuksessa ja puhdistuksessa ja välttämään tarpeettomia materiaalikustannuksia. Tämä analyysi laskee todelliset kustannukset{18}}optimoidun paksuuden punnitsemalla materiaalikustannuksia riskisovitettuun käyttöikään.

Yhdenmukainen korroosiokorvaus viiden{0}}vuoden palvelulle

NACE:n ja ASTM Internationalin julkaistut korroosiotiedot 316 ruostumattomasta teräksestä 30-prosenttisessa natriumhydroksidissa 50 asteessa osoittavat tasaisen korroosionopeuden 0,01-0,03 mm vuodessa ilmastetuissa olosuhteissa ja vielä alhaisemman (0,005{21}}0,015 mm vuodessa) tyypillisissä happivarastoituneissa olosuhteissa. Viiden vuoden aikana tasainen kokonaismetallihäviö on 0,05-0,15 mm. 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun vaipan rakennepaksuus paineenkeston ja mekaanisen lujuuden ylläpitämiseksi on vähintään noin 0,4-0,5 mm. Kun tähän minimiin lisätään viiden vuoden korroosiovara, saadaan teoreettisesti vaadittu paksuus 0,45-0,65 mm. Yli 0,7 mm:n paksuus ei tuota lisäetua tasaisen korroosionkestävyyden kannalta. Lämmitinvalmistajien yleisesti tarjoamat 1,2 mm, 1,5 mm ja 2,0 mm seinät ylittävät kaikki tämän vaatimuksen reilusti. Puhtaasti tasaisen korroosion näkökulmasta katsottuna ohuin kaupallisesti saatavilla oleva vaippa (tyypillisesti 1,0-1,2 mm) on enemmän kuin riittävä viiden vuoden suunnittelukäyttöikään.

Paikallinen hyökkäysriski ja järkkymän marginaalin tarve

Vaikka tasainen korroosio on merkityksetöntä, paikallinen hyökkäys kloridikontaminaatiosta tai emäksisten konsentraatiokennojen muodostumisesta nestehöyryn rajapinnalle vaatii lisää metallivaraa. Teknistä laatua oleva natriumhydroksidi sisältää usein 50-500 ppm kloridia valmistusprosessista (kalvokenno- tai diafragmakennoprosessit) peräisin olevana epäpuhtautena. 50 asteessa ruostumattoman teräksen 316 30 % emäksisessä ja 200 ppm kloridipitoisuudessa kriittinen pistesyöpymislämpötila on yli 60 astetta, joten pistesyöpymistä ei odoteta normaaleissa olosuhteissa. Jos säiliötä kuitenkin lämmitetään ja sen annetaan jäähtyä tai jos lämmitin kytkeytyy päälle ja pois päältä, kloridien paikallista pitoisuutta voi esiintyä vaipan pinnalla haihdutusjaksojen aikana. Pistekorkeus tällaisissa levottomissa olosuhteissa voi nousta 0,1-0,3 mm vuodessa lyhytaikaisesti. Viiden vuoden aikana jopa yksi kuukausi vaikeissa olosuhteissa voi tuottaa 0,025-0,075 mm:n kuopan syvyyteen. Vielä tärkeämpää on, että kaustinen jännityskorroosiohalkeilu nestehöyryn rajapinnassa vaatii vetojännityksen, emäksisen pitoisuuden ja korkean lämpötilan yhdistelmän. 50 asteen lämpötilassa CSCC:n riski on pieni, mutta ei nolla. Jos halkeama etenee, se on noin 0,05-0,2 mm vuodessa. 1,2 mm:n seinän rei'ittäisi halkeama, joka kasvaa 0,1 mm vuodessa 12 vuodessa. 1,0 mm seinä hajoaa 10 vuodessa. Viiden vuoden suunnitteluikään molemmat ovat riittäviä. Ohuempi, 0,8 mm:n seinä rei'ittäisi kuitenkin kahdeksassa vuodessa, jolloin jää vain kolmen vuoden turvamarginaali. Kustannusoptimoidussa paksuudessa on siksi oltava turvamarginaali havaitsemattomia paikallisia hyökkäyksiä vastaan. Kenttäkokemukset emäsvarastoista osoittavat, että 1,0–1,2 mm:n vähimmäispaksuus tarjoaa mukavan viiden vuoden turvamarginaalin useimmille asennuksille. Yli 1,5 mm:n paksuudet lisäävät kustannuksia ilman suhteellista riskin pienenemistä, koska todennäköisyys, että halkeama tai kuoppa ylittää 1,2 mm:n syvyyden viidessä vuodessa, on erittäin pieni oikeissa käyttöolosuhteissa.

Mekaaninen kestävyys asennukseen ja puhdistukseen

Natriumhydroksidin varastosäiliöt vaativat säännöllistä puhdistusta ilmakehän hiilidioksidin absorptiosta muodostuvien natriumkarbonaattikiteiden poistamiseksi. Puhdistuksen aikana lämmittimet voidaan poistaa, käsitellä ja asentaa uudelleen. Niihin voivat osua myös puhdistusvälineet tai jäätynyt emäsaine, joka joskus kerääntyy säiliön seinille. Vaipan mekaanisesta kestävyydestä tulee käytännön seikka. 1,2 mm seinä voi taipua tai painua kohtalaisella iskulla, kun taas 1,5 mm seinä on huomattavasti jäykempi. 2,0 mm:n seinä kestää huomattavasti paremmin käsittelyvaurioita. Vaurioituneen lämmittimen korjaus- tai vaihtokustannukset ovat kuitenkin tyypillisesti paljon alhaisemmat kuin paksumman seinän lisäkustannukset koko lämmittimien osalta. Yhden 3 kW:n lämmittimen materiaalikustannusero 1,2 mm:n ja 2,0 mm:n vaipan välillä on noin 15-25 % lämmittimen kokonaiskustannuksista. Jos mekaanisen vaurion todennäköisyys viiden vuoden käyttöiän aikana on alle 10 %, odotettu vaurion hinta on pienempi kuin paksumman seinän alkukustannukset. Useimmissa hyvin-hallituissa varastotiloissa, joissa lämmittimiä käsitellään huolellisesti, mekaanisen kestävyyden kannalta kustannuksiltaan-optimoitu paksuus on 1,2-1,5 mm. Tiloissa, joissa käsittely on kovaa tai joissa lämmittimet asennetaan vaikeapääsyisiin paikkoihin, 1,8–2,0 mm voi olla kustannuksiltaan perusteltua.

Lämpötehokkuus ja energiakustannukset

Paksuuksien välinen lämpövastusero vaikuttaa suoraan energiankulutukseen viiden vuoden aikana. Ulkohalkaisijaltaan 12 mm:n lämmittimelle 30 % natriumhydroksidissa 50 asteessa konvektiivinen lämmönsiirtokerroin on noin 600-1000 W/m²·K sekoituksesta riippuen. Lisälämpövastus seinämän paksuuden kasvattamisesta 1,2 mm:stä 2,0 mm:iin lisää noin 0,004 m²·K/W. Lämmittimelle, jonka vaippapinta-ala on 0,1 m² ja joka toimii 50 astetta ympäristön yläpuolella 8000 tuntia vuodessa (jatkuva käyttö), ylimääräinen lämpöhäviö on noin 0,004 kerrottuna lämpötilaerolla ja pinta-alalla, mikä tarkoittaa noin 2-3 % pienempää lämpötehoa samalla sähkötulolla. Viiden vuoden aikana tämä hyötysuhdehäviö on noin 2000-3000 kWh lisäsähkönkulutusta 10 kW lämmitystehoa kohden. Teollisuussähkön hinnalla 0,08 dollaria kilowattitunnilta, viiden vuoden lisäenergiakustannukset ovat 160-240 dollaria 10 kW:n lämmittimeltä. Kustannusero 1,2 mm:n ja 2,0 mm:n vaipan välillä 10 kW:n lämmittimelle on tyypillisesti 50-100 dollaria. Ohuempi seinä maksaa siten takaisin alhaisemmat materiaalikustannukset korkeamman tehokkuuden ansiosta, mikä tekee siitä kustannusoptimaalisen vaihtoehdon jatkuvaan käyttöön. Jaksottaisessa käytössä, jossa lämmitin toimii vain 2000 tuntia vuodessa, energiakustannusero putoaa 40-60 dollariin viiden vuoden aikana, mikä ei välttämättä oikeuta tehokkuusargumenttia, mutta suosii ohuempaa seinää pelkästään materiaalikustannusten perusteella.

Kustannus-Optimoitu paksuusanalyysitaulukko

Kun paksummista seinistä tulee-oikeutettuja

Tietyissä olosuhteissa paksummasta seinästä tulee kustannusoptimoitu{0}}vaihtoehto yllä olevasta analyysistä huolimatta. Ensinnäkin, kun emäksisen aineen tiedetään sisältävän korkeita kloridipitoisuuksia (yli 500 ppm) ja säiliö toimii yli 60 asteen lämpötiloissa, 1,8-2,0 mm:n seinä tarjoaa tarvittavan korroosiovaran, jota 1,2 mm:n seinä ei pysty. Kahden vuoden välein tapahtuvan ennenaikaisen vian kustannukset ovat suuremmat kuin etukäteispaksuuspreemio. Toiseksi, kun säiliössä esiintyy usein lämpökiertoa, joka saa lämmittimen laajenemaan ja supistumaan säiliön aukkoja vasten, paksumpi seinä kestää kulutusta asennuslaipan kohdalla. Kolmanneksi, kun lämmitin asennetaan säiliöön, jota ei voida tyhjentää tarkastusta tai vaihtoa varten ilman merkittävää tuotantohävikkiä, suunnittelemattomien seisokkien kustannukset oikeuttavat konservatiivisen 2,0 mm:n paksuuden, vaikka tilastollinen epäonnistumistodennäköisyys on pieni. Neljänneksi, kun emäksinen aine sisältää hankaavia kiinteitä aineita, kuten natriumkarbonaattikiteitä, jotka laskeutuvat lämmittimelle, eroosio-korroosionopeus voi olla 0,05-0,1 mm vuodessa, mikä vaatii lisämetallivarantoa.

Johtopäätös: Kustannus-Optimoitu paksuus vakiopalveluun

Suurimmalle osalle 30 % natriumhydroksidia sisältävistä varastosäiliöistä 50 asteessa, tyypilliset kloridipitoisuudet alle 200 ppm ja kohtuulliset käsittelykäytännöt, kustannus-optimoitu vaipan paksuus viiden-vuotisen käyttöiän ajaksi on 1,2-1,4 mm. Tämä paksuus tarjoaa yli kymmenen kertaa suuremman korroosiovaran kuin odotettu tasainen häviö, vähintään 1,0 mm:n turvamarginaali paikallista hyökkäystä vastaan, riittävän mekaanisen kestävyyden huolelliseen käsittelyyn ja korkeimman lämpöhyötysuhteen. Nostaminen 1,5-1,6 mm:iin lisää materiaalikustannuksia ja vähentää tehokkuutta parantamatta merkittävästi jo ennestään pientä korroosioon liittyvän{16}}vian todennäköisyyttä. Nostaminen 2,0 mm:iin tai sitä korkeampaan on kustannuksiltaan perusteltua-vain, jos esiintyy erityisiä häiriöitä: korkea kloridipitoisuus, hankaavia kiintoaineita, toistuva lämpökierto tai ankarat tuotantorangaistukset suunnittelemattomasta vaihdosta. Kun määritetään lämmitintä emäksisten aineiden varastointia varten, insinöörien tulee pyytää natriumhydroksidisyötön ja odotetun käyttöjakson kloridianalyysiä. Näiden tietojen perusteella kustannus-optimoitu paksuus voidaan laskea 1,2 mm:ksi puhtaalle emäksiselle aineelle, jonka kloridipitoisuus on alle 100 ppm, 1,4-1,6 mm:ksi emäksiselle aineelle, jonka kloridipitoisuus on enintään 500 ppm, ja 2,0 mm:ksi vain, jos tietyt riskitekijät oikeuttavat palkkion. Tämä lähestymistapa muuttaa paksuuspäätöksen oletusarvoisesta paksummista seinistä{26}}tietoihin perustuvaksi, kustannusoptimoiduksi suunnitteluvaihtoehdoksi, joka tasapainottaa materiaalikustannukset viiden vuoden käyttökulujen ja riskisopeutetun epäonnistumistodennäköisyyden kanssa.